Kuidas tekib elektroonikatööstuses staatilise elektri oht?
Staatilise elektri ohud elektroonikatööstuses võib jagada kahte kategooriasse: üks on elektrostaatilisest külgetõmbest põhjustatud õhus lenduva tolmu adsorptsioon; teine on elektrostaatilisest lahendusest põhjustatud dielektriline purunemine.
1. Elektrostaatiline adsorptsioon
Pooljuhtkomponentide tootmisprotsessis võib kvartsist ja polümeeridest valmistatud tööriistade ja materjalide laialdase kasutamise tõttu, millel on kõrged isolatsiooniomadused, kasutamise ajal vältimatu hõõrdumine põhjustada pinnalaengute pidevat kogunemist, suurendades potentsiaali.
Staatilise elektri mehaaniliste mõjude tõttu võib töökohas lendlev tolm sellistes tingimustes kergesti kiibi pinnale kleepuda. Isegi väikesed tolmuosakesed võivad mõjutada pooljuhtseadmete jõudlust. Seetõttu tuleb elektroonikatooteid toota puhtas keskkonnas ning operaatorid, tööriistad ja keskkond peavad võtma mitmeid antistaatilisi meetmeid, et vältida ja vähendada staatilise elektri ohtude teket.
2. Dielektrilise lagunemise klassifikatsioon
Staatilise elektri põhjustatud komponentide purunemine on elektroonikatööstuses staatilise elektri peamine oht. Tugevas elektriväljas laeng kuhjub väljatugevuse kasvades. Kui see jõuab teatud tasemeni, kaotab dielektrik oma polarisatsiooni ja muutub juhiks, mis lõpuks põhjustab termilisi kahjustusi. Seda nähtust nimetatakse dielektriliseks purunemiseks. Dielektrilise purunemise võib jagada kolme tüüpi: termiline purunemine, keemiline purunemine ja elektriline purunemine.
(1) Termiline rike
Kui dielektrik töötab, kui energiakaoga tekkiv soojus ületab ümbritsevasse keskkonda hajuvat soojust, tõuseb dielektriku temperatuur kiiresti, suurendades juhtivust kuni soojuskahjustuseni. Seetõttu on termilise lagunemise põhiprobleem soojuse hajumine. Termiline disain on toote disaini oluline aspekt.
(2) Keemiline lagunemine
Kõrgepinge all võib tugev elektriväli põhjustada lokaalset õhukokkupõrke ionisatsiooni dielektrilise pinna defektide või pooride läheduses või dielektriku sees. See ionisatsioon põhjustab dielektrilist sära, tekitades keemilisi aineid -osooni ja süsinikdioksiidi-, mis vähendavad isolatsiooni jõudlust ja põhjustavad dielektrilisi kahjustusi.
(3) Elektriline rike
Elektriline rike tekib siis, kui dielektrik on allutatud tugevale elektriväljale, mis põhjustab vabu elektronide kiirgamist. Vabade elektronide arv suureneb kiiresti koos elektrivälja tugevuse suurenemisega, hävitades seega dielektriku isoleerivad omadused. On ilmne, et elektrikatkestuse põhjuseks on peamiselt laengu kogunemine; seetõttu võib laengu kogunemise vältimine ära hoida elektrikatkestusi.
3. Elektrostaatiline purunemine ja tühjenemine
(1) Elektrostaatiline lahendus
Kuigi nii elektrostaatiline kui ka välise stabiilse toiteallika tekitatud tühjenemine on mõlemad põhjustatud laengu kogunemisest, on neil olulisi erinevusi. Esiteks, elektrostaatilise lahenduse korral on tühjenemise allikaks ruumilaeng ja seetõttu on selle salvestatud energia piiratud, erinevalt välisest toiteallikast, millel on pideva tühjenemise võime. Seega saab see anda energiat ainult lühiajaliseks-kohalikuks rikkeks. Kuigi elektrostaatilise lahenduse energia on suhteliselt väike, on selle tühjenemise lainekuju väga keeruline ja raskesti kontrollitav. Sellega on seotud pooljuhtseadmete pehme rike.
(2) Elektrostaatiline rike
Elektrostaatilisest lahendusest põhjustatud komponentide purunemise kahjustused on elektroonikatööstuses kõige levinum ja tõsisem oht, eriti elektroonikatoodete valmistamisel ja kokkupanemisel. Elektrostaatiline lahendus võib põhjustada seadmete tugeva või pehme rikke. Tõsine rike on seadme ühekordne -püsiv rike, näiteks lahtine vooluahel või lühis seadme väljundi ja sisendi vahel. Pehme rike võib halvendada komponentide jõudlust ja vähendada nende spetsifikatsioone, tekitades tõrkevõimalusi. Kuna pehme rike põhjustab vooluringides vahelduvaid tõrkeid (vähenenud spetsifikatsioonide tõttu) ja seda on raske tuvastada, põhjustab see olulisi probleeme kogu süsteemi töös ja tõrkeotsingus. Pehme rikke ajal võivad seadmed siiski töötada "veaga", nende jõudlus ei muutu põhimõtteliselt ja see võib läbida tehasekontrolli, kuid see võib igal ajal uuesti rikki minna. Mitmed pehmed rikked võivad põhjustada raske rikke, põhjustades seadmete ebanormaalset tööd, põhjustades kahju kasutajatele, kahjustades tootja mainet ja toote müüki ning isegi korvamatut kahju riigile.
4. Inimkeha staatiline elekter
Tööstuslikus tootmises on komponentide kahjustamise ja elektroonikaseadmete normaalse töö häirimise peamiseks põhjuseks inimkeha elektrostaatiline laeng. Inimkeha elektrostaatiline laeng võib põhjustada elektrilööke ja vigastusi ning samuti sekundaarseid õnnetusi (st komponentide kahjustusi), seetõttu tuleks sellesse suhtuda tõsiselt. Staatiline elekter tekib inimese kehas, muutes igapäevase töö käigus tarbitud mehaanilise energia elektrienergiaks. Inimkeha on staatiline juht. Maapinnast isoleerituna (nt isoleermaterjalist kingadega) tekib kere ja maa vahele kondensaator, mis salvestab elektrilaengu. Laadimispinge on tavaliselt alla 50 kV või sellega võrdne.
Väga levinud ja peen tegevus võib tekitada märkimisväärselt kõrge staatilise pinge. Kui inimkeha vabastab laetud aine, reageerib see erineval määral; seda reaktsiooni nimetatakse elektrilöögi tundlikkuseks. Kuigi staatiline šokk ei põhjusta suuri füsioloogilisi kahjustusi, võib see mõjutada tervist või kahjustada keha.
Elektrilöögi vigastuste piirang on 3,0 kV. Lisaks võib laetud korpusega staatilise elektri{2}}tundlike seadmete puudutamine neid seadmeid kahjustada.
III. Antistaatiline juhtimistehnoloogia (meetmed)
Tuginedes elektrostaatilise laengu põhimõtetele, ohtudele ja seadustele, saab kahjustuste vältimiseks tõhusate anti-staatilise kontrolli meetmete kehtestamiseks järgida järgmisi põhimõtteid.
a) Kaasake konstruktsiooni elektrostaatiline juhtimine
b) Vältida elektrostaatilise laengu kogunemist ning summutada ja vähendada staatilise elektri teket
c) Rajada kiire ja ohutu tühjenduskanal
d) Antistaatiliste meetmete tuvastamine ja nende tõhususe jälgimine
1. Kaasake konstruktsiooni elektrostaatiline juhtimine
(1) Tootmiskeskkonna anti-disain
Elektrooniliste toodete tootmiskeskkonna anti-staatiline disain on ESD juhtimise võti. Disain põhineb elektroonikakomponentide isolatsioonikilel, elektrostaatiliselt tundlike seadmete (ESDS) elektrostaatilisel läbilöögipingel kogu masinas ja tootmisseadmete anti-staatilisel jõudlusel. Tootjad peavad määrama konkreetse ESD kontrollitaseme, mille määravad tootmisprotsessis kõige tundlikumad komponendid ning tootmiskeskkond peab tagama selle taseme ohutuse. Vastavalt DGJ08-83-2000 "Antistaatilise ehituse tehnilisele spetsifikatsioonile" on staatilise elektri juhtimise projekteerimine jagatud kolmeks tasemeks: 1. taseme standard on see, et juhtruumi elektrostaatilise potentsiaali absoluutväärtus ei ole suurem kui 100 V; 2. taseme standard on see, et juhtruumi elektrostaatilise potentsiaali absoluutväärtus ei ole suurem kui 200 V; 3. taseme standard on see, et elektrostaatilise potentsiaali absoluutväärtus juhtimisruumis ei ole suurem kui 1000 V. Antistaatiliste tehniliste klassifikatsioonistandardite kohaldatavad asukohad on näidatud allolevas tabelis 5:
Kuna staatilise elektri kahjustused on nähtamatud, nõuab ESD ohtude kõrvaldamine esmase lähenemisviisina ennetamist. Tööpiirkonnas tuleb rajada elektrostaatilised kaitsealad (EPA). Vastavalt standardile IEC 1340-5-1 (1995) "Elektrooniliste seadmete kaitse üldnõuded" on EPAde põhinõue potentsiaaliühtlustus, mis ühendab personali, materjalid ja tööpinnad omavahel ning ühendab need elektriliselt ühise maandusega, et vältida potentsiaalsete erinevuste tekkimist erinevate objektide vahel. Kuna ESD-d ei esine materjalide vahel, mis säilitavad sama potentsiaali või nullpotentsiaali, on EPA keskkonnas ESD-le kalduvad seadmed või trükkplaadid ESD-kahjustuste eest kaitstud.